陳曉東

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130012)

0 引言

實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)的基本要求也是最大難點(diǎn)就是運(yùn)算處理速度足夠快，即：在有限的時(shí)間內(nèi)處理大量的圖像數(shù)據(jù)，這對(duì)于系統(tǒng)的核心處理器的選取以及軟件編寫都是一個(gè)不小的難點(diǎn)?；贒SP 的圖像采集與處理系統(tǒng)不僅能提高系統(tǒng)的運(yùn)算速度，更能提高系統(tǒng)的判斷準(zhǔn)確性。

1 基于DSP 的圖像采集與處理系統(tǒng)組成

基于DSP 的圖像采集與處理系統(tǒng)的執(zhí)行率高，運(yùn)行速度快，操作靈活，并且可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能的不同，進(jìn)行軟件編程的修改，實(shí)現(xiàn)功能多樣化，提高了系統(tǒng)的兼容性和移植性。本系統(tǒng)由以下五個(gè)基本部分組成，如圖1 所示。

圖1 本系統(tǒng)的處理過程圖

2 基于DSP 的圖像采集與處理系統(tǒng)硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)運(yùn)行的理論依據(jù)是：先由攝像頭采集實(shí)際的模擬信號(hào)，通過A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，DSP 處理器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理。然后再由D/A 轉(zhuǎn)換成連續(xù)的模擬信號(hào)，并顯示最終結(jié)果。以上各部分的構(gòu)成如圖2 所示。

本圖像采集系統(tǒng)硬件電路主要包括4 部分：

1）視頻輸入

采用TI 公司的TVP5146 芯片對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PAL 制式電視模擬信號(hào)進(jìn)行視頻信號(hào)的采集，再進(jìn)過ADC 轉(zhuǎn)換，將解碼后的8/10 位的BT.656數(shù)字信號(hào)傳遞給DSP 的CCDC 端口進(jìn)行圖像的輸入。

2）視頻存儲(chǔ)

設(shè)定外部的存儲(chǔ)器后，TMS320DM6437 接收?qǐng)D像以及視頻信息，通過DSP 芯片的輸入端進(jìn)行操作。

3）圖像處理

以TMS320DM6437 為核心，結(jié)合外部存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)算處理，對(duì)攝像頭所接收的圖片進(jìn)行圖像處理，優(yōu)化圖像的參數(shù)性質(zhì)。

4）視頻輸出

此部分是從DDR2 中提取各種圖像信息，經(jīng)過圖像處理模塊的處理，最終輸出標(biāo)準(zhǔn)的圖像或者視頻信號(hào)。

圖2 系統(tǒng)整體構(gòu)成

2.1 核心處理器芯片

由于科技發(fā)展，集成芯片能實(shí)現(xiàn)眾多功能，因此往往應(yīng)用DSP、復(fù)雜可編程邏輯器件以及單片機(jī)等主流芯片來做為核心處理器件。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用的TMS320DM6437 芯片是TI 公司研制的，該芯片優(yōu)化了一些特定應(yīng)用，例如安全駕駛、視頻監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)視頻等，針對(duì)性能高、成本低的視頻以及圖像處理為研發(fā)基礎(chǔ)。本系統(tǒng)所用的DM6437是屬于TMS320C64x+系列中的32 位定點(diǎn)處理器，包含64 個(gè)通用寄存器（32 位）和8 個(gè)獨(dú)立計(jì)算功能單元，并有DDR2 存儲(chǔ)控制器、I2C接口以及視頻處理前端(VPFE)等輔助部分。

2.2 視頻采集模塊

本系統(tǒng)采用攝像頭采集視頻信號(hào)，采集到的信號(hào)為模擬信號(hào)。通過視頻解碼芯片TVP5146，可以對(duì)接收的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換。TVP5146 能涵蓋RGB，YPBPR，CVBS 等多種信息，并可實(shí)現(xiàn)多信號(hào)的同時(shí)輸入。

此步中VPFE 作為DM6437 視頻處理前端有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是使各個(gè)視頻接口無縫連接，二是有效的對(duì)各個(gè)視頻進(jìn)行預(yù)處理。輸入的數(shù)字視頻流是通過CCDC 控制器傳輸?shù)?，還為其提供必要的同步信號(hào)。

2.3 視頻輸出模塊

芯片DM6437 在對(duì)視頻進(jìn)行處理后，進(jìn)行統(tǒng)一整理，這樣這些視頻數(shù)據(jù)就可以用一幅圖像來顯示，用不同的區(qū)域來表示各個(gè)視頻源。通常不同格式的數(shù)字視頻和圖像都存儲(chǔ)在DDR2 中，視頻輸出模塊從中讀取出來，再通過VPBE 進(jìn)行處理，輸出需要的視頻數(shù)據(jù)。將DDR2存儲(chǔ)器可以用于處理格式的視頻和圖像數(shù)據(jù)通過OSD 模塊讀取出來，對(duì)這些數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換成為YUV 格式。

2.4 電源模塊

DM6437 芯片的內(nèi)核在不同頻率下使用不同的電壓，本系統(tǒng)中使用1.2V 進(jìn)行內(nèi)核供電；與之不同的是，需要采用1.8V 電源電壓對(duì)TVP5146 內(nèi)核和KS8001 內(nèi)核進(jìn)行供電；還有一些器件是需要3.3V 的電源電壓對(duì)其供電。基于這些器件對(duì)電壓的要求不同，體統(tǒng)中我們使用三塊TPS54310PWP 電源芯片進(jìn)行供電，使其轉(zhuǎn)換成1.2V、1.8V、3.3V 這三種內(nèi)核電壓的需求；我們還使用電感對(duì)模擬電源和數(shù)字電源隔離，減少干擾。

3 系統(tǒng)工作流程

初始化系統(tǒng)后，經(jīng)過CCD 視頻采集設(shè)備（TVP5146 芯片）進(jìn)行視頻采集，之后通過A/D 處理器轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，送到本系統(tǒng)的核心器件（TMS320DM6437）進(jìn)行存儲(chǔ)并處理，將處理結(jié)果送到DDR2 中，輸出圖像并顯示。

DSP 芯片是系統(tǒng)的核心部分，本文所用的DSP 芯片結(jié)合了達(dá)芬奇科技，能有效的快速處理圖像信息，也是疲勞駕駛監(jiān)控系統(tǒng)的重要部分。以TMS320DM6437 為核心，結(jié)合外部存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)算處理，提高圖像的參數(shù)性質(zhì)，對(duì)CCD 所接收的圖片進(jìn)行圖像處理，并將結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)的輸出，以此來判斷監(jiān)測(cè)結(jié)果。

4 總結(jié)

對(duì)比于其他的視頻圖像處理平臺(tái)，基于DSP 的視頻圖像處理平臺(tái)能夠發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，完成對(duì)實(shí)時(shí)圖像的快速處理，改善圖像的質(zhì)量，更好的滿足了當(dāng)今數(shù)字信息處理的有效性和快速性的需求。

［1］任麗香，馬淑芬，李方慧.TMS320C6000 系列DSPs 的原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.

［2］張曉飛，袁祥輝.基于DSP 成像系統(tǒng)的視頻圖像采集部分的實(shí)現(xiàn)[M].電子工業(yè)出版社，2003，8.

［3］賈少華.基于USB 的高速數(shù)據(jù)采集和信號(hào)發(fā)生模塊的研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2004.